CN109229376B - 一种跨域多栖载运器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的跨域多栖载运器，包含机身、机尾、V形尾翼、起落架、第一至第二机翼、第一至第二浮筒、第一至第四水翼、第一至第四角度调节模块、第一至第二偏转电机、第一至第二动力电机、第一至第二内置螺旋桨、以及第一至第二辅助飞行模块。本发明采用独特的仿鲨外形设计，气动和水动性能优异，能够实现水下和空中的快速运动。水翼的使用使得载运器具有快速灵活的水面运动能力，倾转涵道和倾转螺旋桨的使用使载运器能够垂直运动并能灵活变化运动方式。本发明载运器兼具倾转飞行器、水翼艇和潜艇的特性。

Description

一种跨域多栖载运器

技术领域

本发明涉及倾转飞行器、潜艇、水翼原理和涵道螺旋桨领域，尤其涉及一种跨域多栖载运器。

背景技术

跨域多栖载运器是一种能够同时在空中、水面及水下运行的载运装置，并且能够实现水下和空中的过渡。

目前，传统跨域多栖载运器普遍使用涵道螺旋桨作为水下推进装置，涵道螺旋桨的优点在于涵道对螺旋桨的桨尖起到了较好的保护作用，抑制了桨尖的涡流与回流现象。流线经过涵道唇口，吸入涵道，被吸入的空气均经过桨盘，增大了桨盘面积，提高了气动效率。同时，涵道外侧压力大于内侧压力，会产生一定的力，且该力矢量向风扇中心倾斜，水平分量由于对称分布而相互抵消，其垂直分量即为附加的涵道升力。

跨域多栖载运器可通过加装水翼降低水面起飞时的水动阻力。水翼产生升力的原理与机翼一致，但水的密度约为空气的800倍，因此较小的水翼浸水面积就能产生较大水动升力。跨域多栖载运器在水面滑行时，水翼产生的升力可将机身抬离水面而不与水面接触，从而降低了整机的浸水面积减少了阻力，降低了发动机的需用功率，因此可选用重量更轻的发动机，提高了整机的性能。传统跨域多栖载运器加装水翼以提高水面滑行性能，但水翼的增加提高了整机的重量，同时水翼的空中飞行性能不高，并且对飞行稳定性也有一定影响。

传统跨域多栖运载器具有以下缺陷：

1. 能够在水面起飞但不能实现水面长时间滑行。；

2. 在水中升潜依靠自身重量的变化来实现，其运动速度较慢，需要时间较长。

3. 不具备垂直起降能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种跨域多栖载运器, 综合了倾转旋翼飞行器、水翼船、潜艇三者特性，同时克服了功能冗余问题，使其各主要部件在各工作模式下都能发挥作用。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种新型的跨域多栖载运器，包含机身、机尾、V形尾翼、起落架、第一至第二机翼、第一至第二浮筒、第一至第四水翼、第一至第四角度调节模块、第一至第二偏转电机、第一至第二动力电机、第一至第二内置螺旋桨、以及第一至第二辅助飞行模块；

所述起落架设置在机身下部，用于跨域多栖载运器起落；

所述第一至第二机翼设置在机身两侧，其上均分别设有用于安装第一、第二内置螺旋桨的通孔；所述第一、第二偏转电机分别设置在第一、第二机翼通孔的内壁上，输出轴分别通过连杆和第一、第二动力电机的壳体固连；所述第一、第二动力电机的输出轴分别和第一、第二内置螺旋桨的转轴固连；

所述第一、第二浮筒分别设置在第一、第二机翼的下端；

所述第一、第二水翼分别通过第一、第二角度调节模块设置在第一、第二机翼的尾部，所述第一、第二角度调节模块分别用于调节第一水翼和第一机翼、第二水翼和第二机翼之间的角度大小；

所述V形尾翼设置在机尾上端；所述第三、第四水翼分别通过所述第三、第四角度调节模块和机尾相连、对称设置在所述机尾的下端；所述第三、第四角度调节模块分别用于调节第三水翼和机尾、第四水翼和机尾之间的角度大小；

所述第一、第二辅助飞行模块分别设置在第一、第二机翼后的机身两侧，均包含涵道、支架、共轴螺旋桨、旋转轴、短翼和转动电机；

所述共轴螺旋桨通过支架设置在所述涵道的中心；

所述旋转轴一端和所述涵道的外壁垂直固连，另一端伸入所述短翼内、通过轴承固定在所述短翼的一端、能够相对短翼自由转动；

所述短翼的另一端和机身固连；

所述转动电机固定在所述短翼内，其输出轴和所述旋转轴的另一端固连。

作为本发明一种新型的跨域多栖载运器进一步的优化方案，所述机身采用仿鲨形机身。

作为本发明一种新型的跨域多栖载运器进一步的优化方案，第一至第四角度调节模块均包含第一连接板、第二连接板和直线电机；

所述第一连接板、第二连接板之间铰接；所述直线电机固定在所述第一连接板上，输出轴的顶端和所述第二连接板铰接，用于控制第一连接板、第二连接板之间的开合程度。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明采用独特的仿鲨外形设计，气动和水动性能优异，能够实现水下和空中的快速运动。水翼的使用使得载运器具有快速灵活的水面运动能力，倾转涵道和倾转螺旋桨的使用使载运器能够垂直运动并能灵活变化运动方式。本发明载运器兼具倾转飞行器、水翼艇和潜艇的特性。

在军用方面，载运器可装载在两栖攻击舰中。执行任务时，可在高空高速巡航，进行远距离侦察，发现敌方后可迅速下潜到水下，凭借其优良的隐身性能和快速潜行性能接近目标，到达一定距离后浮出水面，利用其携带的武器对敌方进行攻击行动。载运器拥有潜艇的隐身性能，又具有水翼船和倾转四旋翼的快速机动性，能够出其不意地攻击目标，又可迅速逃离战场。

在民用方面，载运器利用其悬停特性和优良的水面活动能力，能够长时间执行环境监测任务，而不需返回地面。载运器能够在水面上执行搜救任务，与传统直升机搜救相比，能够直接停在水面上而不需要救援人员通过吊绳实施救援，进而提高了救援速度并降低了救援风险。载运器还可广泛应用于旅游产业，如水下观光、探险、飞行体验等。

附图说明

图1是载运器地面停放时的状态图；

图2是载运器水下及水上垂直运动状态图；

图3是载运器前行状态图；

图4是载运器水面滑行状态图；

图5是载运器第一、第二水翼偏转45°后的垂直运动状态图；

图6为第一辅助飞行模块的结构示意图；

图7为第一机翼和第一内置螺旋桨相配合的结构示意图。

图中，1-机身头部，2-第一水翼，3-第一内置螺旋桨，4-第一机翼，5-V型尾翼，6-第四水翼，7-起落架，8-涵道，9-共轴螺旋桨，10-机身，11-浮筒，12-短翼，13-旋转轴，14-连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

一种新型的跨域多栖载运器，包含机身、机尾、V形尾翼、起落架、第一至第二机翼、第一至第二浮筒、第一至第四水翼、第一至第四角度调节模块、第一至第二偏转电机、第一至第二动力电机、第一至第二内置螺旋桨、以及第一至第二辅助飞行模块；

所述起落架设置在机身下部，用于跨域多栖载运器起落；

所述第一至第二机翼设置在机身两侧，其上均分别设有用于安装第一、第二内置螺旋桨的通孔；所述第一、第二偏转电机分别设置在第一、第二机翼通孔的内壁上，输出轴分别通过连杆和第一、第二动力电机的壳体固连；所述第一、第二动力电机的输出轴分别和第一、第二内置螺旋桨的转轴固连；

所述第一、第二浮筒分别设置在第一、第二机翼的下端；

所述第一、第二水翼分别通过第一、第二角度调节模块设置在第一、第二机翼的尾部，所述第一、第二角度调节模块分别用于调节第一水翼和第一机翼、第二水翼和第二机翼之间的角度大小；

所述V形尾翼设置在机尾上端；所述第三、第四水翼分别通过所述第三、第四角度调节模块和机尾相连、对称设置在所述机尾的下端；所述第三、第四角度调节模块分别用于调节第三水翼和机尾、第四水翼和机尾之间的角度大小；

所述第一、第二辅助飞行模块分别设置在第一、第二机翼后的机身两侧，均包含涵道、支架、共轴螺旋桨、旋转轴、短翼和转动电机；

所述共轴螺旋桨通过支架设置在所述涵道的中心；

所述旋转轴一端和所述涵道的外壁垂直固连，另一端伸入所述短翼内、通过轴承固定在所述短翼的一端、能够相对短翼自由转动；

所述短翼的另一端和机身固连；

所述转动电机固定在所述短翼内，其输出轴和所述旋转轴的另一端固连。

所述机身采用仿鲨形机身。

第一至第四角度调节模块均包含第一连接板、第二连接板和直线电机；

所述第一连接板、第二连接板之间铰接；所述直线电机固定在所述第一连接板上，输出轴的顶端和所述第二连接板铰接，用于控制第一连接板、第二连接板之间的开合程度。

当载运器停靠在地面或者水上时，第一至第四水翼垂于水平状态，当载运器在水面滑行或者水面起飞时，第一至第四水翼偏转与水平面呈45°夹角，同时割划水面产生水动升力将机身抬离水面。升力和推力系统主要由第一、第二辅助飞行模块中的涵道和安装在其内部的共轴螺旋桨，以及第一、第二内置螺旋桨，载运器垂直飞行时，第一、第二辅助飞行模块中的涵道以及第一、第二内置螺旋桨处于水平状态，共轴螺旋桨分为上下两片螺旋桨，两片螺旋桨绕涵道中心轴旋转，两片螺旋桨旋向相反，螺旋桨高速旋转产生升力。涵道通过转轴与短翼连接，旋转轴一部分通过轴承设置在短翼内，另一部分伸出部分与涵道固连。载运器转入前进状态时，涵道绕旋转轴中心线旋转偏转角度，第一、第二内置螺旋桨偏转角度，在产生升力的同时提供向前的推力。第一、第二机翼提供载运器空中飞行时的升力。V型尾翼安装在机尾，可提高载运器运动的横纵向稳定性。起落架采用前三点布局，地面停放时起到支撑作用。仿鲨形机身能同时满足其在水下潜行、水面滑行和空中飞行的气水动要求。浮筒安装在机翼中部下方，左右机翼中部下方各安装一个呈对称分布，浮筒可提高载运器水面漂浮状态时的稳定性。

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种新型的跨域多栖载运器，综合了倾转旋翼飞行器、水翼船、潜艇三者特性，同时克服了功能冗余问题，使其各主要部件在各工作模式下都能发挥作用。

在空中飞行时，使用外界大气作为空气源，在水下潜行时，使用液氧配合氩气作为空气源。

潜行时，通过控制第一、第二内置螺旋桨和第一、第二辅助飞行模块中共轴螺旋桨的转速可以调节推力大小从而改变潜行速度，转速越大，产生的推力越大，控制第一、第二内置螺旋桨和第一、第二辅助飞行模块中共轴螺旋桨的正反转向可改变推力方向，正转产生垂直螺旋桨向上的力，反转产生垂直螺旋桨向下的力，从而实现快速上浮和下潜；通过第一至第四角度调节模块控制第一、第二内置螺旋桨和第一、第二辅助飞行模块中涵道的倾转角度进而实现不同角度的运动，第一、第二辅助飞行模块中共轴螺旋桨转速的差值配合V型尾翼控制可实现快速偏航运动，左侧辅助飞行模块中共轴螺旋桨转速大于右侧辅助飞行模块中共轴螺旋桨时，载运器向左偏航，右侧辅助飞行模块中共轴螺旋桨转速大于左侧辅助飞行模块中共轴螺旋桨时，载运器向右偏航；当潜行速度不大时，可收闭第一、第二内置螺旋桨，仅由第一、第二辅助飞行模块中共轴螺旋桨提供推力，以减少能量损耗。

水面滑行时，载运器依靠水翼装置在水面快速滑行。水翼装置主要第一至第四水翼组成，均可偏转以适应不同工作状态。

载运器平飞时依靠第一、第二辅助飞行模块中共轴螺旋桨以及第一、第二内置螺旋桨提供推力，此时，第一至第四水翼偏转至水平状态，增大机翼的投影面积。载运器偏航运动主要通过控制左右两边共轴螺旋桨的转速与V形尾翼来实现。

图1为载运器地面停放时的状态图，其主要特征是起落架打开以及第三、第四水翼偏转与地面平行。第三、第四水翼偏转可以保证载运器停放在地面时第三、第四水翼不会碰触到地面。图1状态载运器能够依靠第一、第二内置螺旋桨和第一、第二辅助飞行模块中共轴螺旋桨产生的升力垂直上升。

图2为载运器水下及水上垂直运动状态图，其主要特征为第一、第二辅助飞行模块中的涵道以及第一、第二内置螺旋桨倾转与水平面平行，起落架收入机身内部，第三、第四水翼未偏转。

图3为载运器前行状态图，此状态适合于水下运动同时也适合于空中运动，空中运动时主要依靠第一、第二内置螺旋桨以及第一、第二辅助飞行模块中共轴螺旋桨提供推力，第一、第二机翼以及第一至第四水翼提供升力。水下潜行时，主要依靠第一、第二内置螺旋桨以及第一、第二辅助飞行模块中共轴螺旋桨提供推力，第一、第二机翼以及第一至第四水翼提供向下或向上的水动力以提高运动速度。

图4为载运器水面滑行状态图，其主要特征为第一至第四水翼偏转45°与水面接触，主要通过第一至第四水翼割划水面产生水动升力将机身脱离水面，从而减小载运器水动阻力，提高水面滑行速度。

图5为载运器第一至第四水翼偏转45°后的垂直运动状态图，此状态适用于图2所述状态下的工作环境，图5状态与图2状态的最大区别在于第一至第四水翼是否偏转。图5状态与图2状态相比，优势在于水下垂直运动时阻力较小，但缺点是图5状态过渡到图3状态需要第一至第四水翼进行偏转，增加操纵难度。

图6为第一辅助飞行模块的结构示意图，此时第一、第二辅助飞行模块中涵道处于水平位置，此状态适载运器处于水平运动状态。

图7为第一机翼和第一内置螺旋桨相配合的结构示意图，此时第一、第二内置螺旋桨处于水平位置，此状态适载运器处于水平运动状态。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种新型的跨域多栖载运器，其特征在于，包含机身、机尾、V形尾翼、起落架、第一至第二机翼、第一至第二浮筒、第一至第四水翼、第一至第四角度调节模块、第一至第二偏转电机、第一至第二动力电机、第一至第二内置螺旋桨、以及第一至第二辅助飞行模块；

所述起落架设置在机身下部，用于跨域多栖载运器起落；

所述第一至第二机翼设置在机身两侧，其上均分别设有用于安装第一、第二内置螺旋桨的通孔；所述第一、第二偏转电机分别设置在第一、第二机翼通孔的内壁上，输出轴分别通过连杆和第一、第二动力电机的壳体固连；所述第一、第二动力电机的输出轴分别和第一、第二内置螺旋桨的转轴固连；

所述第一、第二浮筒分别设置在第一、第二机翼的下端；

所述第一、第二水翼分别通过第一、第二角度调节模块设置在第一、第二机翼的尾部，所述第一、第二角度调节模块分别用于调节第一水翼和第一机翼、第二水翼和第二机翼之间的角度大小；

所述V形尾翼设置在机尾上端；所述第三、第四水翼分别通过所述第三、第四角度调节模块和机尾相连、对称设置在所述机尾的下端；所述第三、第四角度调节模块分别用于调节第三水翼和机尾、第四水翼和机尾之间的角度大小；

所述第一、第二辅助飞行模块分别设置在第一、第二机翼后的机身两侧，均包含涵道、支架、共轴螺旋桨、旋转轴、短翼和转动电机；

所述共轴螺旋桨通过支架设置在所述涵道的中心；

所述旋转轴一端和所述涵道的外壁垂直固连，另一端伸入所述短翼内、通过轴承固定在所述短翼的一端、能够相对短翼自由转动；

所述短翼的另一端和机身固连；

所述转动电机固定在所述短翼内，其输出轴和所述旋转轴的另一端固连；

所述机身采用仿鲨形机身；

第一至第四角度调节模块均包含第一连接板、第二连接板和直线电机；

所述第一连接板、第二连接板之间铰接；所述直线电机固定在所述第一连接板上，输出轴的顶端和所述第二连接板铰接，用于控制第一连接板、第二连接板之间的开合程度。